高溫氣冷堆世界首堆運(yùn)行良好 我國四代核電領(lǐng)跑全球
文章來源：中國網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間：2024-05-08
在有著“東方夏威夷”美譽(yù)的山東榮成石島灣，矗立著一座全球獨(dú)一無二的核電站——華能石島灣高溫氣冷堆示范工程，這是我國具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球首座第四代核電站。
在世界其他國家四代核電尚處于研發(fā)、在建階段的時(shí)候，我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)四代核電實(shí)現(xiàn)了從試驗(yàn)堆向商業(yè)堆的跨越：2021年12月完成首次并網(wǎng)發(fā)電、2023年12月6日正式投入商運(yùn)并且良好運(yùn)營至今，意味著我國在全球核電技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)變“跟跑”為“領(lǐng)跑”。
華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程廠區(qū)
“天生”安全的核電站
“固有安全”是第四代核電區(qū)別于以往歷代核電的顯著特征。
2011年，建設(shè)于上世紀(jì)70年代的第二代核電——日本福島核電站因地震海嘯沖擊造成供電設(shè)施和備用電源雙雙失靈，堆芯熱量無法排到最終熱阱，導(dǎo)致堆芯過熱熔毀。彼時(shí)，福島核事故為全球核電行業(yè)敲響了警鐘。此后發(fā)展的第三代核電具有預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故的設(shè)施，例如增加非能動(dòng)緊急干預(yù)系統(tǒng)等。
而第四代核電更是從設(shè)計(jì)上消除了場外應(yīng)急響應(yīng)的需求，即反應(yīng)堆不靠外部動(dòng)力、冷卻劑等，就能確保核反應(yīng)不失控、反應(yīng)堆不熔毀、放射性不泄漏，做到“天生”安全。
“天生”安全是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？“我們?cè)O(shè)了三道防線。”華能石島灣核電公司運(yùn)行值長仝禮允介紹，第一道防線是耐高溫的球形燃料元件：核燃料被耐高溫材料層層包裹，這套“盔甲”最高可承受1620攝氏度的高溫，而反應(yīng)堆在任何事故下，堆芯內(nèi)部的最高溫度都不會(huì)高于1620攝氏度，因此能保證包覆燃料顆粒的完整性不受影響，可有效防止放射性物質(zhì)外泄。
第二道防線是反應(yīng)堆的“自穩(wěn)”特性。“簡單來說，就是當(dāng)溫度升高達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，反應(yīng)堆會(huì)進(jìn)行負(fù)反饋，反應(yīng)堆功率自己就會(huì)降下來。”仝禮允說，“即使在最極端的事故情況下，所有的控制手段都失效了，反應(yīng)堆自己就可以‘剎車’。”
“剎車”之后還要導(dǎo)出余熱，非能動(dòng)的余熱排出系統(tǒng)就是第三道防線。“高溫氣冷堆設(shè)置了一套非能動(dòng)的余熱排出系統(tǒng)。就是不需要任何的外界動(dòng)力，不需要水泵和風(fēng)機(jī)，堆芯余熱能夠借助熱傳導(dǎo)、自然對(duì)流換熱和熱輻射等自然機(jī)制的非能動(dòng)方式，將熱量釋放到大氣中，避免堆芯過熱發(fā)生熔毀。”仝禮允解釋道。
層層防線之下，華能石島灣高溫氣冷堆核電站可以做到“四不怕”——不怕沒有電、不怕沒有水、不怕沒有氣、不怕沒有人，讓我國在全世界首次于商業(yè)規(guī)模核電站上實(shí)現(xiàn)“固有安全”。
華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程廠區(qū)
推動(dòng)煤電退役替代
由于我國富煤、缺油、少氣的資源稟賦，煤炭在相當(dāng)長時(shí)間里依然是我國的主體能源。能源體系的低碳轉(zhuǎn)型，需要遵循“先立后破”。高溫氣冷堆為推動(dòng)煤電退役替代提供了更具可行性的技術(shù)方案。
高溫氣冷堆采用小型模塊化設(shè)計(jì)，電站容量可根據(jù)區(qū)域需求能力和地理?xiàng)l件靈活規(guī)劃并建設(shè)，小則10萬千瓦、20萬千瓦，大則60萬千瓦、100萬千瓦。具體到煤電替代，“簡單來說，把燃煤鍋爐拉走，換成(容量合適的)反應(yīng)堆，其它常規(guī)島部分像汽輪機(jī)等都不用換，可以節(jié)省一大筆投資。”仝禮允說。
此外，高溫氣冷堆還有一個(gè)優(yōu)勢，就在名字里——高溫。所謂“高溫”，指的是堆內(nèi)核燃料和其他材料均采用耐高溫材料，這些條件使得高溫氣冷堆的工作溫度和冷卻劑的堆芯出口溫度可以達(dá)到其它堆型難以企及的高度——900至1000攝氏度。
“從居民供暖來說，北方地區(qū)對(duì)集中清潔供暖需求較大，高溫氣冷堆作為零碳清潔能源，居民供暖具有廣闊應(yīng)用前景。”仝禮允稱。既能供電又能供暖，這為我國北方大量燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的減碳轉(zhuǎn)型提供了可行之路。
他介紹，目前華能石島灣高溫氣冷堆示范工程在剛剛結(jié)束的這個(gè)供暖季，已實(shí)現(xiàn)向所在地寧津鎮(zhèn)供熱。對(duì)寧津街道區(qū)域供熱項(xiàng)目，與燃煤鍋爐集中供熱相比，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約標(biāo)煤約3700噸，可減排的煙塵、二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等，預(yù)計(jì)將超6700噸。
此外，高溫氣冷堆的應(yīng)用場景還包括核能制氫、分布式電源、海水淡化、稠油熱采等多個(gè)領(lǐng)域，可為工業(yè)園區(qū)、石化園區(qū)配套項(xiàng)目提供“電+熱+汽+氫”綜合能源服務(wù)。
面對(duì)如此廣泛的應(yīng)用前景，高溫氣冷堆的批量生產(chǎn)能力如何？華能石島灣核電公司總經(jīng)理張延旭表示，高溫氣冷堆首堆示范工程的設(shè)備國產(chǎn)化率為93.4%，依托于示范工程，目前基本全部核心零部件都能實(shí)現(xiàn)國內(nèi)制造，具備規(guī)模建設(shè)能力。
【責(zé)任編輯：語謙】
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